Multifunktionale Membrankonstruktionen – Variable Membrankonstruktionen für den Leichtbau

Ziel der Allianz ist es, die Eigenschaften und die Funktionalität von ETFE-basierten Membranen, Membrankissen und Kissen-
Gesamtsystemen zu verbessern. Es soll ein bauphysikalisch und materialtechnisch optimierter Systembaukasten entstehen,
mit dem sich einfach und zielgerichtet Anforderungen an ein membranumschlossenes Gebäude realisieren lassen..

Ansprechpartner am IWM: Jörg Lucas, Prof. Dr. Andreas Heilmann

Wirtschaftliche Serienproduktion maßgeschneiderter Optikkomponenten aus Glas mit hohem Marktpotenzial (Tailored Optics)

»Tailored Optics« entwickelt und bewertet die gesamte Kette zur Herstellung von hochpräzisen Heißformwerkzeugen für optische Linsen aus Glas. Die Arbeitsschwerpunkte sind die Entwicklung und Herstellung von Hartmetall-Formwerkstoffen,
Verfahren zur Ultrapräzisionsbearbeitung der Funktionsflächen,der Beschichtung sowie von Einsatztests der Formwerkzeuge in Heißformgebungstechniken für verschiedene Anwendungsfelder.
Ansprechpartner am IWM: Dr. Frank Burmeister, Dr. Peter Manns

Polymertechnologie, Halle, Leipzig

Die Region Halle/Leipzig, bekannt auch als mitteldeutsches Chemie-Dreieck, hat sich in den letzten 15 Jahren wieder zu einem internationalen Standort der Polymertechnologie entwickelt. Nun steht an, die Forschung im Bereich Polymertechnologien zu vertiefen. Das Innovationscluster Polymertechnologie bringt Großunternehmen der Polymersynthese, mittelständische Unternehmen der Polymerverarbeitung sowie Forschungseinrichtungen zusammen.
Neue Polymertechnologien für Synthese und Verarbeitung werden entwickelt. Dabei spielt zukünftig ein mikrostrukturbasiertes Materialdesign eine große Rolle. Dies beinhaltet die Verarbeitung von ressourcenschonenden Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen und die Steuerung der Strukturbildungsprozesse während der Verarbeitung. Zudem wird Polymersynthese und Polymerverarbeitung horizontal vernetzt, um anwenderspezifische Polymere unter Berücksichtigung der Verarbeitungstechnologien zu entwickeln.
Das Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum ist als weltweit einzigartige Forschungseinrichtung der horizontalen Integration zentraler Knotenpunkt für die Vernetzung von Synthese und Verarbeitung. Als Schwerpunkte bearbeiten die Wissenschaftler Polymer-Nanopartikel-Blends, neue Kautschuktypen sowie Biopolymere und Naturfaserkomposite.

Ansprechpartner am IWM: Prof. Dr. Ralf B. Wehrspohn

Technologien für den hybriden Leichtbau KITe hyLITE, Karlsruhe

Im Karlsruher Innovationscluster Technologien für den hybriden Leichtbau, »KITe hyLITE«, arbeiten die Fraunhofer-Institute ICT, IWM und LBF sowie die Universität Karlsruhe (CART – Center of Automotive Research) und Unternehmen der Automobil- und Zulieferindustrie eng zusammen. Das Ziel von »KITe hyLITE« ist ein ganzheitlicher Ansatz zur Nutzung von Synergien komplementärer Forschungsfelder im Bereich der Verbundwerkstoffe und dem Einsatz gemeinsamer Forschungsergebnisse für den hybriden Leichtbau. Die Schwerpunkte liegen dabei auf der Entwicklung von Werkstoffen, Produktionstechnologien und Methoden zur Realisierung funktionsintegrierter Leichtbaulösungen und deren Umsetzung in einer ökonomisch realisierbaren Serienfertigung im Bereich der Fahrzeugindustrie. Die Themenfelder erstrecken sich von der Entwicklung von Werkstoffsystemen und Produktionstechnologien zur Realisierung funktionsintegrierter Leichtbaulösungen bis zur Umsetzung in einer ökonomisch realisierbaren Serienfertigung im Bereich Fahrzeugindustrie und Maschinenbau.

Ansprechpartner am IWM: Dr. Thomas Hollstein

Silizium-Solarzellen

Bei der Produktion von Solarzellenmodulen entsteht ein nicht unerheblicher Anteil von Ausschuss durch Prozessfehler in der Fertigung. Besonders beim Löten der Kontakte im Tabber/Stringer-Verfahren zerbrechen die Solarzellen häufig. Dieses Kontaktierverfahren wird umso anfälliger, je dünner die Siliziumzellen sind, oder wenn nichttoxische, bleifreie Lote genutzt werden. Im Rahmen des Projektes werden besser geeignete Kontaktierungsprozesse für die Serienverschaltung von kristallinen Solarzellen erarbeitet. Dazu wird ein Simulationstool entwickelt, mit dem die entsprechenden physikalischen Prozesse und werkstofftypischen Reaktionen abgebildet werden können. Gleichzeitig werden experimentelle Prüfstände entwickelt, um beispielsweise die Kriecheigenschaften der eingesetzten Lote zu bestimmen.
Das Projekt läuft bis Mai 2013 am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle.

Up- and down-conversion in Glaskeramiken für hocheffiziente Solarzellen

Die Effizienz von Solarzellen soll durch den Einsatz von down-conversion-Deckgläsern sowie up-conversion-Schichten auf der Rückseite von Solarmodulen erheblich verbessert werden. Dabei wird das einfallende Licht so verändert, dass es in den für Solarzellen nutzbaren Energiebereich verschoben wird. Der Wirkungsgrad kann so gesteigert werden, ohne die eigentliche Solarzelle zu modifizieren.
Im Projekt werden optisch aktive Glaskeramiken durch geeignete Wahl des Aktivators (Seltene Erde) für diese Anwendung angepasst. Sie sind im optischen
Spektralbereich transparent und somit ideal für die Anwendung geeignet. Neben der optischen Funktionalität der Glaskeramiken sollen auch ihre mechanischen Eigenschaften untersucht und verbessert werden.
Das Projekt läuft bis September 2012 am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP und Fraunhofer IWM in Halle.

Ansprechpartner am IWM: Dr. Stefan Schweizer

NanoAssess

Nanoskalige Bewertung innovativer Fügeverbindungen für die Mikrosystemtechnik

Die Mikrosystemtechnik stellt heute eine der wichtigsten Schlüsseltechnologien für den High-Tech-Standort Deutschland dar. Innovative Mikrosysteme helfen, Autos auch in kritischen Situationen sicher durch den Straßenverkehr zu steuern, sie assistieren Ärzten bei komplizierten Operationen oder tragen dazu bei, dass industrielle Anlagen ressourcenschonender arbeiten können. Als Branche beschäftigt die Mikrosystemtechnik rund 766.000 Mitarbeiter, bei einem Umsatzvolumen von mehr als 82 Milliarden Euro im Jahr 2009 mit weiterhin hohen prognostizierten jährlichen Wachstumsraten von bis zu 10%.

Gegenstand der Untersuchungen sind innovative Fügeverfahren der Mikrosystem­­technik, wie das Tief­temperatur-Waferbonden, die ultraschallunterstützte Verbindung von Metallen und Glas sowie das Fügen mittels Laserkristallisation von Glasloten. Mit Hilfe von Verfahren der nano­strukturellen Diagnostik (aberrationskorrigierte Transmissionselektronen­mikroskopie und Ober­flächen­analytik) soll dabei die Grenzflächenstruktur bis in den Bereich der atomaren Auflösung analysiert werden. Durch den Einsatz dieser hoch leistungsfähigen Analysetechniken, die bisher weitgehend der Grundlagenforschung vorbe­halten waren, sollen neue Kenntnisse und Modelle zum Zusammenhang zwischen technologischen Prozessschritten, atomarer Struktur der Grenzflächen sowie davon abhängigem Einsatzverhalten und Zuverlässig­keitseigenschaften abgeleitet werden.

Vor allem bei sicherheitskritischen Anwendungen im medizinischen Bereich oder im Feld zukünftiger „Ambient Assisted Living“-Systeme bestehen teilweise extrem hohe Anforderungen an die Sicherheit und Lebensdauer der eingesetzten Mikrosysteme, die wiederum wesentlich von der Zuverlässigkeit der verwendeten Mikroverbindungstechniken bestimmt werden. Da industrielle Entwicklungen in diesen Feldern ein über übliche betriebliche Qualifizierungen weit hinausgehendes, tiefgreifendes Verständnis aller Risikofaktoren zur Vermeidung von Versagens­fällen erfordern, wird hier ein Markt für eine leistungs­fähige Nanostrukturdiagnostik in Verbindung mit weiterführenden Modellierungen des Einsatzverhaltens entstehen. Im Verbund mit technologieorientierten Instituten innerhalb der FhG soll damit ein für die Gesellschaft wichtiges Zukunftsfeld mit deutlich erhöhter Leistungsfähigkeit erschlossen werden.

Das Vorhaben ordnet sich organisch in die geplante strategische Weiterentwicklung des Fraunhofer IWM ein, das durch seine auf das Werkstoffverhalten fokussierten Kompetenzen zur Erhöhung von Qualität und Sicherheit innovativer technischer Systeme beiträgt. Die NanoAssess-Gruppe unterstützt dabei die schnelle, fachkompetente und personelle Untersetzung der neu verfügbaren, hoch­leistungsfähigen Transmissionselektronenmikroskope in Erweiterung der am Institutsteil Halle langfristig aufgebauten methodischen Kernkom­petenzen. Sie soll damit zu einer zentralen Kompo­nente des geplanten, weiter­führenden Aufbaus eines Zentrums für angewandte Mikrostrukturdiagnostik am Fraunhofer IWM in Halle werden.

Das Projekt läuft bis März 2016 am Fraunhofer IWM in Halle.

Ansprechpartner am IWM: Prof. Dr. Thomas Höche